Überblick

Das MPI-M stützt sich bei seinen Bemühungen um das Verständnis von Klimaänderungen schwerpunktmäßig auf die innovative Anwendung und Entwicklung von umfassenden Erdsystemmodellen. Auf diese Weise setzen wir die Forschungsgeschichte unseres Institutes fort, die mit der Entwicklung von Komponentenmodellen der Atmosphäre und des Ozeans begann, sich dann zu wegweisenden Studien des gekoppelten Atmosphären-Ozean-Systems entwickelte und zur Entwicklung der MPI-M Erdsystemmodelle. Jedoch wird eine weiter verstärkte Komplexität unserer Modelle nicht von allein Antworten auf unsere Leitfragen liefern; stattdessen werden Antworten aus der Fülle und Klarheit der Konzepte entstehen, die wir mit Hilfe unserer Modelle erstellen. Für diese Ziele spielt idealisierte Modellierung – die für die Reduzierung einer Idee oder Theorie auf seine Kernaussage entwickelt wurde - eine zunehmend wichtige Rolle in unserer Forschung. Die idealisierte Modellierung ist bei der manchmal unkonventionellen Anwendung unserer komplexesten Modelle behilflich. Obwohl unser Erdsystemmodell der Fokus unserer meisten Entwicklungsbestrebungen ist, ist die Flexibilität, die durch die Entwicklung und Anwendung von Komponentenmodellen gewährleistet wird, ebenfalls wichtig. Diese Komponentenmodelle dienen der genaueren Repräsentation einer Teilmenge von Erdsystemprozessen.

Zusammen mit dem Deutschen Wetterdienst entwickelt das Max-Planck-Institut für Meteorologie das ICON Modellsystem für eine Vielzahl von Anwendungen. Am Max-Planck-Institut für Meteorologie werden im Rahmen dieses Systems das ICON Erdsystemmodell (ICON-ESM) und das wirbelauflösende ICON Atmosphärenmodell (ICON-LEM) gepflegt und weiterentwickelt.

ICON-ESM

ICON-ESM ist das neue Erdsystemmodell des Max-Planck-Instituts für Meteorologie, aufbauend auf den ICON Komponentenmodellen ICON-A für die Atmosphäre, ICON-L für das Land und ICON-O für den Ozean. ICON-ESM beinhaltet die physikalischen Prozesse und biogeochemische Erweiterungen für den Kohlenstoffkreislauf. Das ICON-ESM wird die Ausnutzung größter Hochleistungsrechner ermöglichen und zusätzlich eine gemeinsame Basis für den wissenschaftlichen Austausch mit Kollegen im numerischen Wettervorhersagebereich schaffen.  >>> ICON-ESM

ICON-LEM

ICON-LEM ist eine ICON Modellkonfiguration für großwirbelauflösende Simulationen. ICON-LEM kombiniert dafür den dynamischen Kern mit einem minimalen Set von parametrisierten Prozessen, verglichen mit der umfangreichen Parametrisierung im globalen ICON-A Modell. Praktisch wird ICON-LEM als Regionalmodell mit idealisierten oder realistischen Randbedingungen genutzt.

ICON-LEM wurde erfolgreich im HD(CP)2 Projekt für Simulationen mit einer Auflösung von 150 m in einer Deutschland abdeckenden Region verwendet.  >>> ICON-LEM

MPI-ESM

Das über viele Jahre gepflegte Erdsystemmodell MPI-ESM, bestehend aus den Komponentenmodellen ECHAM6 für die Atmosphäre, MPIOM für den Ozean und JSBACH für das Land wird nach wie vor in vielen Projekten in und außerhalb des Instituts eingesetzt. Aktuell wird MPI-ESM für die Beiträge des Instituts zum CMIP6 Projekt eingesetzt.  >>> MPI-ESM

Prozessmodelle

Forscher des Instituts nutzen zusätzlich eine Vielzahl an Prozessmodellen. Insbesondere atmosphärische Phänomene und Wechselbeziehungen von Land und Atmosphäre werden im idealisierten Rahmen durch die Verwendung  von „large eddy“ Simulationen (LES) untersucht. Das Institut hat eine außergewöhnliche Anzahl dieser Modelle, da drei von den fünf oder sechs weltweit führenden LES-Modellen von Institutsmitarbeitern entwickelt und/oder gepflegt wurden. Das Institut ist zudem das einzige Institut weltweit, das in der Lage ist, eine direkte numerische Simulation von Mehrphasenströmungen der Atmosphäre und Ozeane durchzuführen.  >>> Prozessmodelle